Ученые НАСА подтверждают водяной пар на Европе

Сорок лет назад космический корабль «Вояджер» сделал первые снимки Европы, одной из 79 лун Юпитера, крупным планом. Эти обнаженные коричневатые трещины рассекают ледяную поверхность луны, что придает Европе вид жилковатого глазного яблока. За последние десятилетия полеты во внешнюю солнечную систему собрали достаточно дополнительной информации о Европе, чтобы сделать ее приоритетной целью исследований в поисках жизни НАСА. Что делает эту луну настолько привлекательной, так это возможность того, что она может обладать всеми ингредиентами, необходимыми для жизни. Ученые имеют доказательства того, что один из этих ингредиентов, жидкая вода, присутствует под ледяной поверхностью и может иногда прорываться в космос в огромных гейзерах. Но никто не смог подтвердить присутствие воды в этих гейзерах путем непосредственной фиксации самой молекулы воды. Теперь международная исследовательская группа, возглавляемая Центром космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд, впервые обнаружила пары воды над поверхностью Европы. Команда измерила пар, заглянув в Европу через один из крупнейших в мире телескопов на Гавайях. Подтверждение присутствия водяного пара над Европой помогает ученым лучше понять внутреннюю работу луны. Например, это помогает поддержать идею, в которой ученые уверены, что есть жидкий водный океан, возможно, в два раза больше земного, плескающийся под ледяным панцирем этой луны толщиной в несколько километров. По мнению некоторых ученых, другим источником воды для шлейфов могут быть мелкие резервуары талого водяного льда, расположенные недалеко от поверхности Европы. Также возможно, что сильное радиационное поле Юпитера отнимает частицы воды с ледяной оболочки Европы, хотя недавнее расследование приводило доводы против этого механизма как источника наблюдаемой воды. «Основные химические элементы (углерод, водород, кислород, азот, фосфор и сера) и источники энергии, два из трех требований к жизни, встречаются по всей солнечной системе. Но третью - жидкую воду - трудно найти за пределами Земли», - сказал Лукас Паганини, ученый-планетолог НАСА, который руководил расследованием по обнаружению воды. «Хотя ученые еще не обнаружили жидкую воду напрямую, мы нашли следующую лучшую вещь: вода в форме пара». 18 ноября Паганини и его команда сообщили в журнале Nature Astronomy, что они обнаружили достаточное количество воды, выбрасываемое из поверхности Европы (2360 килограммов в секунду), чтобы заполнить бассейн олимпийского размера за считанные минуты. Тем не менее, ученые также обнаружили, что вода появляется нечасто, по крайней мере, в количествах, достаточно больших, чтобы ее можно было обнаружить с Земли, - сказал Паганини. Действительно, команда Паганини обнаружила слабый, но отчетливый сигнал водяного пара только один раз в течение 17 ночей наблюдений между 2016 и 2017 годами. Глядя на луну из обсерватории Кека на вершине спящего вулкана Мауна-Кеа на Гавайях, ученые увидели молекулы воды в ведущем полушарии Европы, или стороне луны, которая всегда обращена в направлении орбиты луны вокруг Юпитера. (Европа, как и луна Земли, гравитационно привязана к своей планете-хозяину, поэтому ведущее полушарие всегда обращено в направлении орбиты, а заднее полушарие всегда обращено в противоположном направлении.) Они использовали спектрограф в обсерватории Кека, который измеряет химический состав атмосфер планет через инфракрасный свет, который они излучают или поглощают. Молекулы, такие как вода, излучают определенные частоты инфракрасного света при взаимодействии с солнечным излучением. До недавнего обнаружения водяного пара было много мучительных открытий на Европе. Первый из них был получен с космического корабля НАСА «Галилео», который измерял возмущения в магнитном поле Юпитера вблизи Европы, когда он вращался вокруг газового гиганта в период с 1995 по 2003 год. Измерения показали ученым, что электропроводящая жидкость, вероятно, соленый океан под слоем льда Европы, вызывает магнитные возмущения. Когда исследователи более тщательно проанализировали магнитные возмущения в 2018 году, они обнаружили признаки возможных гейзеров. Тем временем ученые объявили в 2013 году, что они использовали космический телескоп Хаббл НАСА для обнаружения химических элементов, таких как водород (H) и кислород (O) - компоненты воды (H2O) - в струйно-подобных образованиях в атмосфере Европы. Несколько лет спустя, другая группа ученых использовали Хаббл, чтобы собрать больше доказательств возможных извержений, когда они делали снимки пальцеобразных выступов, которые появлялись в силуэте луны, когда она проходила перед Юпитером. «Эта первая прямая идентификация водяного пара на Европе является критическим подтверждением наших обнаруженных атомов», - сказал Лоренц Рот, астроном и физик из Королевского технологического института KTH в Стокгольме, который возглавлял исследование Хаббла в 2013 году и был соавтором этого недавнего исследования. Исследования Рота, наряду с другими предыдущими исследованиями на Европе, позволяли измерить только компоненты воды над поверхностью. Проблема в том, что обнаружение водяного пара в других мирах является сложной задачей. Существующие космические корабли имеют ограниченные возможности для его обнаружения, и ученые, использующие наземные телескопы для поиска воды в глубоком космосе, должны учитывать искажающее воздействие воды в атмосфере самой Земли. Чтобы минимизировать этот эффект, команда Паганини использовала сложное математическое и компьютерное моделирование для моделирования условий земной атмосферы, чтобы они могли дифференцировать атмосферную воду Земли из европейских данных, возвращаемых спектрографом Кека. «Мы провели тщательные проверки безопасности, чтобы удалить возможные загрязняющие вещества в наземных наблюдениях», - сказал Ави Манделл, ученый-планетолог Годдарда из команды Паганини. «Но, в конце концов, нам нужно приблизиться к Европе, чтобы увидеть, что на самом деле там происходит». Вскоре ученые смогут подобраться достаточно близко к Европе, чтобы решить свои давние вопросы о внутренней и внешней жизни этого, возможно, обитаемого мира. Предстоящая миссия Europa Clipper, которую планируется запустить в середине 2020-х годов, завершит полувековое научное открытие, которое началось со скромной фотографии таинственного мира. Когда на Европу прибудет орбитальный аппарат Clipper, он проведет детальное обследование поверхности, глубины тонкой атмосферы, подповерхностного океана и, возможно, даже более мелких активных ледяных отверстий. Клипер попытается сфотографировать любые гейзеры и отобрать молекулы, которые он найдет в атмосфере, с помощью своих масс-спектрометров. Он также будет искать удобный участок, с которого будущий европейский посадочный корабль сможет собрать образцы. Эти усилия должны еще больше раскрыть секреты Европы и ее потенциал для жизни.